(57)【要約】【課題】１回の予備発光のみで精度の高い調光を行うことができるようにする。【解決手段】複数の画素群を備え、画素ごとに被写体からの反射光の周波数成分と分光感度特性とに基づく出力値を出力する撮像素子３と、ストロボ１３により予備発光を行い撮像素子３から出力された複数の出力値に基づいて、ストロボ１３を本発光させる際の発光量を決定するシステム制御回路２０とを備え、システム制御回路２０は、予備発光を行い撮像素子３から出力された出力値が所定値以上である画素を含む画素群の出力値は用いずに、ストロボ１３を本発光させる際の発光量を決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置を本発光させる際の発光量を決定するために当該照明装置を本発光の前に予備発光させる撮像装置であって、
複数の画素群を備え、画素ごとに被写体からの反射光の周波数成分と分光感度特性とに基づく出力値を出力する撮像手段と、
前記照明装置により予備発光を行い前記撮像手段から出力された複数の出力値に基づいて、前記照明装置を本発光させる際の発光量を決定する決定手段とを備え、
前記決定手段は、前記照明装置により予備発光を行い前記撮像手段から出力された出力値が所定値以上である画素を含む画素群の出力値は用いずに、前記照明装置を本発光させる際の発光量を決定することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記決定手段は、前記照明装置により予備発光を行い前記撮像手段から出力された出力値が所定値以上である画素を含まない画素群のうち、最も出力値の大きい画素を含む画素群の出力値に基づいて、前記照明装置を本発光させる際の発光量を決定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素群は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の３つの画素群を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記照明装置は、キセノン管を光源とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記照明装置は、発光ダイオードを光源とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
複数の画素群を備え、画素ごとに被写体からの反射光の周波数成分と分光感度特性とに基づく出力値を出力する撮像手段を有し、照明装置を本発光させる際の発光量を決定するために当該照明装置を本発光の前に予備発光させる撮像装置の制御方法であって、
前記照明装置により予備発光を行い前記撮像手段から出力された複数の出力値に基づいて、前記照明装置を本発光させる際の発光量を決定する決定ステップを備え、
前記決定ステップは、前記照明装置により予備発光を行い前記撮像手段から出力された出力値が所定値以上である画素を含む画素群の出力値は用いずに、前記照明装置を本発光させる際の発光量を決定することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の制御方法を撮像装置に実行させるためのコンピュータに読み取り可能なプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置を用いて撮影を行う撮像装置及びその制御方法、並びにプログラムに関し、特に、照明装置の調光制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、照明装置を用いて撮影を行う撮像装置において、被写体に対して適正な発光量となるように、撮影時に照明装置の発光量を調整する必要がある。発光量を調整する方法としては、撮影前に予備発光を行い、このときの測光結果から撮影時の発光（以下、「本発光」とよぶ）量を調整する手法が一般的に用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、予備発光を１回または２回行い、本発光の光量を調整する方法が提案されている。具体的には、まず予備発光前の測光結果から予備発光が必要かどうかを判断する。予備発光が必要と判断された場合、さらに予備発光回数を１回または２回にするかの判断を行う。ここで予備発光回数が２回必要と判断された場合は、１回目の予備発光後に受光感度の調整を行い、２回目の予備発光を行う。受光感度の調整を行うことで、２回目の予備発光では被写体の位置が近すぎたり、遠すぎたりする場合での調光オーバーや調光アンダーを軽減し、調光精度を向上させることができる。そして、上記手法により得られた予備発光の調光結果をもとに、本発光の発光光量を決定している。なお、調光オーバーとは、測光センサのダイナミックレンジの上限を上回る光量を受光することを指し、調光アンダーとは、測光センサのダイナミックレンジの下限を下回る光量を受光することを指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９０５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術では、調光オーバーや調光アンダーを軽減し、調光精度を向上させるために２回の予備発光が必要となる。そのため、撮影開始から本発光までのレリーズタイムラグが長くなってしまう。また、予備発光の回数が増えれば消費電力も増加するといった問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、１回の予備発光のみで精度の高い調光を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、照明装置を本発光させる際の発光量を決定するために当該照明装置を本発光の前に予備発光させる撮像装置であって、複数の画素群を備え、画素ごとに被写体からの反射光の周波数成分と分光感度特性とに基づく出力値を出力する撮像手段と、前記照明装置により予備発光を行い前記撮像手段から出力された複数の出力値に基づいて、前記照明装置を本発光させる際の発光量を決定する決定手段とを備え、前記決定手段は、前記照明装置により予備発光を行い前記撮像手段から出力された出力値が所定値以上である画素を含む画素群の出力値は用いずに、前記照明装置を本発光させる際の発光量を決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、１回の予備発光のみで高精度の調光を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の内部構成を説明するためのブロック図である。
【図２】第１の実施形態として、ストロボにキセノン管を用いた場合のストロボ発光制御動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】撮像素子の一般的な分光感度特性（ＩＲカットフィルタあり）を示す図である。
【図４】一般的なキセノン管発光時のスペクトル強度を示す図である。
【図５】光源（キセノン管）からの入射光、入射光の被写体での反射、透過・吸収光の概念図である。
【図６】キセノン管の発光量を固定したときの各ＲＧＢ画素の出力強度と被写体までの距離との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるストロボの一例であるＬＥＤストロボの概略構成を示すブロック図である。
【図８】図７の発光制御部１３ｃの概略構成を示す図である。
【図９】ＲＧＢの３種類のＬＥＤを使用した場合の予備発光時のスペクトル強度を示す図である。
【図１０】ＬＥＤの駆動電流値を変化させたときのＢ画素の出力強度と被写体までの距離との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の内部構成を説明するためのブロック図である。
【００１２】
図１において、１は撮影レンズ、２は絞り機能を備えるシャッター、３は撮影レンズ１により結像された光学像を電気信号に変換する撮像素子、４は撮像素子３から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。特に、撮像素子３には、各画素にＲＧＢフィルタが配列されており、ＲＧＢ各色の光の強弱に応じたアナログ信号を出力している。
【００１３】
５は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換器４から出力されたデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。１０は、シャッター２を制御する露光制御部である。１１は撮影レンズ１のフォーカスを制御する焦点調節制御（フォーカス制御）、ズーミングを制御する変倍制御（ズーム制御）等のレンズ制御を行うレンズ制御部である。２０は、撮像装置内の各部を制御するシステム制御回路である。
【００１４】
画像処理回路５は、Ａ／Ｄ変換器４から入力した画像データを用いて所定の演算処理を行う。システム制御回路２０は、画像処理回路５から得られた演算結果に基づいて露光制御部１０、レンズ制御部１１を制御し、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のＡＦ（オートフォーカス）処理、ＡＥ（自動露出）処理、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）処理を行う。
【００１５】
１６は電源制御部で、電池検出回路、ＤＣ−ＤＣコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されている。電源制御部１６は、撮像装置の電池の装着の有無、電池残量、電池内部抵抗の検出を行い、検出結果及びシステム制御回路２０の指示に基づいてＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間だけ装置内の各部へ供給する。１７，１８は電源部と接続するためのコネクタである。１９は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池、ＮｉＣｄ電池やＮｉＭＨ電池、Ｌｉ電池等の二次電池、ＡＣアダプター等からなる電源部である。
【００１６】
７は、電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばＦＬＡＳＨＲＯＭ等が用いられる。８は撮影した静止画像や動画像を格納するためのメモリである。Ａ／Ｄ変換器４から出力された画像データは、画像処理回路５を介してメモリ８に書き込まれる。
【００１７】
１２は、システム制御回路２０の各種の動作指示を入力するための操作部であり、各種ボタンやスイッチ、ダイアル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。
【００１８】
１３はシステム制御回路２０からの制御信号に基づいて、被写体に対して光の照射を行う照明装置としてのストロボである。ストロボ１３は、被写体に対する予備発光、本発光を可能にしている。ストロボ１３の光源としては、キセノン管やＬＥＤ（発光ダイオード）等が用いられる。予備発光、本発光の発光量は発光時間、ＬＥＤの場合は発光時間に加え、発光時のＬＥＤに流れる電流量等で制御される。
【００１９】
シャッタスイッチは２段階ストロークで構成され、１４はシャッタスイッチＳＷ１で、ＡＦ処理、ＡＥ処理、ＡＷＢ処理等の動作開始を指示する。１５はシャッタスイッチＳＷ２である。シャッタスイッチＳＷ２＿１５は、撮像素子３からの出力をＡ／Ｄ変換器４を介してメモリ８に画像データとして書き込む際の露光処理、ＥＦ（予備発光、本発光）処理、画像処理回路５での演算を用いた現像処理等の一連の処理の動作開始を指示する。
【００２０】
９はＴＦＴ  ＬＣＤ等から成る画像表示装置であり、メモリ８に書き込まれた表示用の画像データに基づく画像が表示される。６は画像表示ドライバであり、画像表示装置９への画像表示駆動を行う。
【００２１】
次に、光源であるストロボ１３にキセノン管を用いた場合のストロボ発光制御動作の流れについて図２のフローチャートを参照して説明する。図示の処理は、原則として、システム制御回路２０が不揮発性メモリ７から制御プログラム等を読み出して実行することによりなされる。
【００２２】
まず、撮像装置が撮影モードで起動された後、シャッタスイッチＳＷ１＿１４が押下されると、システム制御回路２０がシャッタスイッチＳＷ１＿１４の押下の検出を行う（ステップＳ１０１）。このとき、撮像装置はＥＶＦモードで起動し、撮像回路の電源を起動する。
【００２３】
次に、シャッタスイッチＳＷ１＿１４の検出後、システム制御回路２０は、レンズ制御部１１等により被写体までの距離を算出する（ステップＳ１０２）。ここで被写体までの距離は、撮影レンズ１に含まれるフォーカスレンズ（不図示）の位置（フォーカスレンズ位置）と焦点距離などに基づいて算出される。
【００２４】
被写体までの距離を算出した後、システム制御回路２０は、不図示の測光センサにより測光を行う（ステップＳ１０３）。測光センサは、撮像素子内部のＣＣＤまたはＣＭＯＳ等から成り、縦横にマトリクス状に配列された画素を有する。各々の画素は、撮影レンズ１を介して受光した被写体光を光電変換し、被写体の輝度に関する測光信号を出力する。この測光信号は、Ａ／Ｄ変換器４、画像処理回路５でデジタル処理され、システム制御回路２０へ送られる。システム制御回路２０は、デジタル処理された信号から被写体と思われる任意の領域の輝度値を算出する。
【００２５】
測光処理が終了すると、システム制御回路２０は、シャッタスイッチＳＷ２＿１５の押下の検出を行う（ステップＳ１０４）。シャッタスイッチＳＷ２＿１５の押下が検出されると、システム制御回路２０は、ストロボ発光が必要かどうかの判断を行う（ステップＳ１０５）。ストロボ発光が必要性の判断は、ステップＳ１０２での測光結果、感度やシャッタスピードなどの設定条件に応じて、被写体の輝度値が所定の輝度値以下となる場合にストロボ発光が必要と判断される。このとき、ステップＳ１０２で算出した被写体までの距離に応じて、被写体までの距離が所定範囲外であり、被写体が近すぎる、あるいは、遠すぎる場合にはストロボ発光しないようにしてもよい。
【００２６】
ステップＳ１０５にてストロボ発光が不要と判断した場合はステップＳ１１０に進み、ストロボ発光なしで撮影を行う。一方、ストロボ発光が必要と判断した場合は、ステップＳ１０６へ進み、システム制御回路２０は、ストロボ１３を制御して予備発光を行う。予備発光の発光時間は、ストロボ１３の性能に応じて、任意の固定値に設定されている。
【００２７】
次に、システム制御回路２０は、予備発光時の撮像素子３の各ＲＧＢ画素の出力値の算出を行う（ステップＳ１０７）。撮像素子３の一般的な分光感度特性（ＩＲカットフィルタあり）を図３に示す。
【００２８】
図３に示す分光感度特性では、横軸が周波数（波長［ｎｍ］）、縦軸が出力強度である。撮像素子３では、図示のように、ＲＧＢそれぞれの画素での分光感度特性が異なり、同じ周波数成分の光を受光しても出力強度が異なる。撮像素子３の各ＲＧＢ画素からの出力値は、被写体光の周波数成分と、図示の分光感度特性の出力強度とを掛け合わせたものの積分値となる。例として、ストロボ１３を予備発光させたときのＲＧＢ画素の各出力値について説明する。一般的なキセノン管発光時のスペクトル強度を図４に示す。
【００２９】
キセノン管発光時の放射束をΦｅ（λ）［ｊ／ｓ］、ＣＣＤの分光感度特性をＶ（λ）とすると、キセノン管発光時の光束Φ［ｌｍ］は次式で表わされる。
【００３０】
【数１】
2013007832.tif 000003
【００３１】
図５に光源（キセノン管）からの入射光、入射光の被写体での反射、透過・吸収光の概念図を示す。
【００３２】
図５において、光源から入射された光の一部は被写体に透過・吸収され、反射光が撮像素子３に入射される。被写体の反射率をρ、キセノン管の発光時間をｔ［ｓ］、入射光と反射光が角度依存性をもたないとすると、被写体で反射した光の光量Ｑ［ｌｍ・ｓ］は次式で表わされる。
【００３３】
【数２】
2013007832.tif 000004
【００３４】
また、逆２乗の法則より、光の強さは距離の２乗に反比例するので、撮像素子３と被写体の距離をｄ［ｍ］とすると（撮像素子３とストロボ１３から被写体までの距離は等しいと仮定）、撮像素子３へ入射光の光量Ｑａ［ｌｍ・ｓ］は次式で表わされる。
【００３５】
【数３】
2013007832.tif 000005
【００３６】
上記式（３）より、撮像素子３の各ＲＧＢ画素の出力値は、光量Ｑに比例し、距離ｄの２乗に反比例した値となる。キセノン管の発光量を固定したときの各ＲＧＢ画素の出力値（図示では出力強度）と被写体までの距離ｄとの関係を図６に示す。図６に示すように、ＲＧＢ画素の各出力値は異なり、被写体までの距離ｄが短い（近い）ほど各画素の出力値は大きくなる。被写体までの距離ｄが短くなると、まずＧ画素の出力値が飽和し、最後にＲ画素の出力値が飽和する。
【００３７】
図２において、ステップＳ１０７で各ＲＧＢ画素の出力値を算出した後、システム制御回路２０は、本発光の光量決定を行う（ステップＳ１０８）。本発光の光量（本発光量）は、予備発光で得られたＲＧＢ画素それぞれの画素群の出力値のうち、１つの画素群の出力値に基づいて決定される。メモリ８には、予備発光時のＲＧＢ画素の各画素群の出力値に対応した本発光の発光時間が保存されており、予備発光時の各ＲＧＢ画素の出力値が決まると本発光の光量も決定する。
【００３８】
本発光の光量決定には、出力値の最も高い画素（被写体の距離を短くしたときに最初に飽和する画素）を含む画素群の出力値が優先して用いられる。出力値の最も高い画素の出力値が既に飽和している場合は、飽和した画素を含む画素群の出力値を用いず、その他の画素群の画素の中で出力値が最も高い画素を含む画素群の出力値を用いて、本発光の光量が決定される。すなわち、飽和した出力値については用いられることはない。出力値が飽和しているか否かの判別は、出力値が所定値以上の場合に飽和していると判断するとよいが、これに限定されるものではない。
【００３９】
本発光の光量決定に用いる画素群を決定すると、その画素群に含まれる画素の位置に基づいて各画素の出力値に重み付けをして加重平均演算を行い、加重平均した出力値と対応する発光時間をメモリ８から読み出して本発光の光量を決定する。
【００４０】
本発光の光量決定後、ステップＳ１０９に進み、本発光を行い、ステップＳ１１０で撮影を行う。
【００４１】
第１の実施形態によれば、システム制御回路２０が、複数の画素群から出力値が飽和していない画素群の出力値に基づいて本発光の発光量を決定する。これにより、予備発光時の調光オーバーや調光アンダーを軽減し、１回の予備発光のみで高精度の調光を行うことが可能になる。
【００４２】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態として、発光部であるストロボ１３にＬＥＤを用いた場合について説明する。なお、本実施の形態のその他の要素は、上述した第１の実施の形態と同一なので、それらの説明を省略する。
【００４３】
図７は、本発明の第２の実施形態におけるストロボ１３の一例であるＬＥＤストロボの概略構成を示すブロック図である。
【００４４】
図７において、充電制御部１３ａは、システム制御回路２０の制御信号により、メインコンデンサ１３ｂへの充電を行う。また、メインコンデンサ１３ｂへの充電完了時には、充電制御部１３ａからシステム制御回路２０へ充電完了信号が送られる。
【００４５】
発光部であるＬＥＤ部１３ｄは、白色ＬＥＤのみで構成されていても、複数の異なる色度のＬＥＤを組み合わせたものを使用してもよい。ＬＥＤ部１３ｄに流す駆動電流値は、発光制御部１３ｃにより制御されている。発光制御部１３ｃの概略構成を図８に示す。
【００４６】
図８において、発光制御部１３ｃは、システム制御回路２０との通信を行う通信部１３ｆと、ＬＥＤ部１３ｄに流す電流を決定する電流制御部１３ｅにより構成されている。システム制御回路２０からの制御信号は、まず通信部１３ｆで受信される。その制御信号をもとに電流制御部１３ｅがＬＥＤ部１３ｄの駆動電流値を制御し、ＬＥＤ部１３ｄの調光を行っている。
【００４７】
ストロボ１３にＬＥＤを用いた場合のストロボ発光制御動作は、図２に示す処理と略同じ流れになるが、ステップＳ１０６における予備発光、ステップＳ１０７におけるＲＧＢ画素の出力値算出がキセノン管を用いた場合と異なる。本第２実施形態では、複数の異なる色度のＬＥＤを組み合わせた場合について説明する。例えば、複数の異なる色度のＬＥＤはＲＧＢの３種類とする。ＲＧＢの３種類のＬＥＤを使用した場合の予備発光時のスペクトル強度を図９に示す。
【００４８】
ＲＧＢのＬＥＤを使用しているため、低い周波数からＢ、Ｇ、Ｒの順に、特定の周波数で３つのピークが確認できる。ＬＥＤ部１３ｄを発光制御部１３ｃで調光可能であることから、予備発光時のＢ色のＬＥＤの駆動電流値を大きくすると、図９に示すように、スペクトル強度も大きくなる。一方、駆動電流値を小さくすると、光量が落ちるため、スペクトル強度は小さくなる。このときの撮像素子３におけるＢ画素の出力値（図示では出力強度）を図１０に示す。
【００４９】
図１０に示すように、ＬＥＤを用いた場合、ＬＥＤの駆動電流値を小さくするほど、画素の出力値が飽和する被写体までの距離が短くなる。その結果、ＬＥＤの光量を調整することで、より被写体に近い位置でも輝度値の飽和を軽減することができる。なお、複数のＬＥＤの光量は、撮像素子３の各ＲＧＢ成分の出力値の差が等しくなるように、調整されてもよい。また、撮像装置で設定されているホワイトバランスとＬＥＤのホワイトバランスが同じ設定になるよう、各ＬＥＤの光量比を調整してもよい。ＬＥＤのホワイトバランスを調整することで、ストロボ光源色による撮影画像の色バラツキを軽減することができる。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００５１】
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【００５２】
１  撮影レンズ
３  撮像素子
５  画像処理回路
８  メモリ
１０  露光制御部
１１  レンズ制御部
１２  操作部
１３  ストロボ
２０  システム制御回路
【図１】
2013007832.tif 000006
【図２】
2013007832.tif 000007
【図３】
2013007832.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013007832.tif 000011
【図７】
2013007832.tif 000012
【図８】
2013007832.tif 000013
【図９】
2013007832.tif 000014
【図１０】
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